盾构施工中泥饼防治施工技术研究

盾构机在粘性土地层的掘进过程中,挖掘面的粘性土体受到刀盘的碾压,加上刀盘刀具在地层中摩擦产生的热量,极易使自刀盘中心位置向四周逐步在刀盘面和土仓内壁上形成附着的泥饼,坚硬的泥饼将会把刀盘开口堵塞,严重降低了盾构机掘进能力;泥饼的存在加重了盾构机刀盘和刀具的负荷,常常使掘进参数出现突变,大大降低施工效率,甚至造成地面沉陷;另外,刀盘在地层中长时间的摩擦,会导致中隔板等位置的温度快速升高,从而引起回转中心橡胶密封件性能的下降,对盾构施工的安全造成极大隐患。文章根据北京地铁某标段的盾构施工情况,进行了技术总结。     

局部黏土地层泥水盾构刀盘泥饼防治技术分析

泥水盾构对于地表沉降具有良好的控制效果,然而黏土地层的泥水平衡盾构施工往往会由于地层多变不可预测等问题造成盾构机刀盘结泥饼现象。结泥饼后,盾构掘进时刀盘扭矩增大,掘进速度降低,严重影响施工工效且存在较大安全隐患。因此,对于泥饼的分析及防治研究具有重要意义。     

盾构机泥浆堵塞的形成机理和解决方案

武汉地铁3号线某标段右线过江隧道盾构在泥岩地层掘进施工中发生了严重的刀盘堵塞现象。对造成盾构刀盘堵塞的地下强风化泥岩进行了全面的分析和试验,推测出蒙脱土是地下泥岩黏附盾构刀盘、难以出土的根源。进一步分析了泥饼形成的机理并模拟了刀盘堵塞现象,解决了泥水盾构施工过程中刀盘表面结泥饼,刀头、刀口堵塞的问题。     

复合地层地质条件下复合式土压平衡盾构机刀盘泥饼防治

盾构在全~强风化的泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩的复合地层中施工,刀盘极易发生结泥饼现象,从而导致刀盘刀具非正常磨损、施工效率大幅降低等严重后果。以南京地铁4号线12标灵山站—东流站区间盾构隧道施工为例,从水文地质条件、盾构机选型及施工过程控制等方面对刀盘结泥饼的原因进行分析,提出了泥饼防治措施和解决思路,提高了复合式土压平衡盾构机在复合地层中施工的整体适应性,为以后解决此类问题提供了参考。     

无水砂卵石地层盾构施工常压开仓刀盘改造技术

土压平衡盾构机的刀盘开口率直接影响着盾构施工过程中的渣土排放率以及开挖面压力平衡情况。某输变电工程采用盾构法施工,在掘进过程中出现盾构机刀盘扭矩过大、过载频繁、掘进速度慢、刀盘磨损严重、泡沫和膨润土用量增大、渣土含水量增大、千斤顶推力增大、排出渣土变热等现象。经过咨询专家,查找、分析原因,确定上述问题是由于刀盘开口率低,破碎的渣土未能及时进入土仓,固结在刀具、辐条等部位形成泥饼而导致的。项目部及时对盾构机刀盘进行改造,增大刀盘开口率,解决了上述问题,刀盘改造的成功经验可以为类似工程提供借鉴。     

富水砂卵石地层盾构机选型与参数优化分析

针对西安地铁六号线长距离隧道盾构下穿富水砂卵石地层，结合已有的掘进技术经验，对选型主控因素进行了分析，确定了该区域盾构掘进选用土压平衡盾构机的选型方案。内容着重对6 m直径的V字坡隧道工程选用的盾构机外径、刀盘、刀具进行了理论计算与设计；结合现场实测数据的反馈，结果表明对盾构姿态、掘进速度、同步注浆等掘进参数不断优化，有效解决了刀盘结泥饼、刀具磨损等施工问题。     

深圳风化花岗岩地层盾构防泥饼渣土改良技术

依托深圳地铁某线盾构工程开展了风化花岗岩地层土压平衡盾构防泥饼渣土改良技术研究。通过对盾构掘进参数和刀具磨损分析,阐述了泥饼对盾构掘进参数和刀具磨损的影响,并结合地层制订了相应的渣土改良方案,有效预防泥饼出现。研究表明:盾构发生"结泥饼"后,推力明显增大,掘进速度逐渐减慢接近0,扭矩变化不大,采用分散剂浸泡刀盘,能消除一部分泥饼,但若渣土改良不合适,泥饼又将会快速形成;盾构结泥饼过程中,滚刀的磨损方式主要是偏磨,且刀具的磨损相对于刀盘回转中心呈现出一定的中心对称性;在风化花岗岩地层中,采用分散性泡沫剂和水可有效提高渣土的流动性,取得理想的改良效果;但在卵石土和风化花岗岩复合地层中,需采用膨润土、分散性泡沫剂和水相结合的渣土改良方案,提高渣土的抗渗性和流动性,且在风化花岗岩与卵石土复合地层和风化花岗岩地层中理想渣土的坍落度值为15～20cm;相比于渣土改良,地层对掘进参数的影响更明显,且盾构在卵石土和强风化花岗岩复合地层中掘进时,推力和扭矩相对较小。     

面板式刀盘土压盾构在软土地层中的掘进施工技术

面板式刀盘土压盾构在掘进软土地层时,因其刀盘开口率小,掘进过程中会遇到姿态难调整、推力大、刀盘易结泥饼等问题。结合工程实例,从盾构始发洞门封堵、盾构姿态控制、掘进参数选择、刀盘结泥饼治理及地面沉降控制等方面分析与研究面板式刀盘土压盾构在软土地层中的掘进施工注意要点及相应处理措施。     

泥水盾构刀盘前部滞渣应对措施

针对泥水盾构刀盘前部滞渣刀盘结泥饼问题,提出一种针对性设计,可以有效地保证刀盘前部渣土流动顺畅,减小刀盘扭矩,降低刀盘泥饼概率。     

不截流条件下长距离穿湖盾构的选型及控制参数研究

湖底富水砂砾黏土地层具有水压高、渗水性强、地下水径流通畅和补给迅速以及自稳能力较差、卵石粒径大等特点,盾构在不截流条件下长距离和小半径曲线穿湖施工常面临由于大粒径卵石排除困难、刀盘和刀具磨损严重、盾构机卡壳、管片损伤、地层扰动造成的塑性区隆沉开裂和贯通、停机进行刀盘刀具更换或修复难度大等风险。本文以北京地铁14号线盾构隧道下穿朝阳公园北湖和南湖工程为背景,对盾构机选型中的外径、刀盘开口率、刀具磨损量、刀盘扭矩和排土量等重要参数进行了计算分析和合理性验证。同时提出了辐条式土压平衡盾构在富水砂砾黏土地层中长距离下穿湖泊的合理掘进参数和相关控制措施,并通过井下监控和地面监控实时跟踪盾构机掘进姿态来保证盾构顺利掘进。最后工程实践表明辐条式土压平衡盾构在富水砂砾黏土地层应用可行。     

大直径泥水盾构在上软下硬岩性多变地层中的适应性设计

大直径泥水盾构在上软下硬岩性多变地层长距离掘进时,容易出现沉降控制难、盾构姿态不易控制、刀具磨损严重和刀盘结泥饼等现象。以环城北路—天目山路提升改造工程01标段为工程依托,针对工程盾构直径大、盾构隧道穿越地层变化大和上覆土浅的特点,从盾构隧道刀盘选型、刀具布置等方面对盾构机进行针对性设计,总结了上软下硬岩性多变地层盾构选型的具体措施,有效提高施工效率,降低带压换刀的风险,保证施工质量,显著提高经济效益和社会效益。     

砂卵石地层盾构辐板式刀盘的特点及掘进技术

北京地区砂卵石地层均采用土压平衡式盾构机,配置的刀盘主要有辐条式和辐板式两种。对两种刀盘进行对比,说明辐板式刀盘的特点,探讨辐板式刀盘盾构掘进的关键技术,结合北京地铁9号线某砂卵石地层盾构工程,提出了辐板式刀盘的优化措施。     

土压平衡盾构在砂卵石地层长距离穿越河流施工关键技术

从盾构机的改造,浆液配比试验,渣土改良等几个方面论述了土压平衡盾构隧道长距离穿越砂卵石地层并穿越河流的施工技术。在试掘进阶段对盾构掘进主要控制参数包括推进速度、刀盘推力、土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、注浆参数等进行了调整。在掘进过程中严格按照试掘进阶段的参数执行。实施效果表明,完全达到了刀盘刀具的耐磨性要求,保证了盾构机在砂卵石地层中长距离穿越河流的安全。     

可以在岩层中掘进的土压平衡盾构机--深圳水库截排工程φ4.65m隧道施工实践

在复杂地层特别是在含有中风化岩的硬质地层进行盾构掘进，其刀盘刀具的形式、刀盘的开口率、扭矩匹配、刀盘的密封、刀盘前的注浆系统及盾构的出土形式，是施工成败的关键，新设计的复合式土压平衡盾构成功地满足了工程的需要。     

盾构刀盘泥饼形成机理的理论研究

根据已有地质条件,对盾构选型以及刀盘结构形式的确定大都依靠施工经验以及常规盾构的设计经验。盾构掘进过程中一种常见的掘进困难就是刀盘结泥饼的情况,针对土压平衡盾构可能会从经验上认为加大渣土改良的力度来解决,本文从理论计算分析的角度总结刀盘结泥饼的根本原因,并提出了解决刀盘结泥饼问题的3种方法。     

富水复合地层中土压平衡盾构掘进参数控制

土压平衡盾构在富水复合地层中掘进,尤其在上部富水砂砾地层、下部泥岩的地层中掘进,盾构掘进参数控制难度较大,既有发生螺旋机喷涌的风险,又有刀盘、土仓结泥饼的风险。根据盾构埋深与水文地质情况,及时调整土仓压力,利用优质泡沫与高分子聚合物优化组合有效规避螺旋机喷涌风险;增加刀盘、土仓冲洗装置,掘进中同步冲洗刀盘、土仓,达到泥饼防控的目的。实践证明,通过合理的参数控制并辅助必要的设备优化措施,可以有效控制土压平衡盾构在富水复合地层掘进中因螺旋机喷涌、刀盘(土仓)结泥饼引起的地面沉降超限(坍塌)风险,保证盾构施工安全。     

富水砂卵石地层地铁盾构施工若干问题及对策

成都地铁工程大规模穿越市域富水砂卵石地层,该地层具有地下水位高、卵漂石含量高和卵石强度高等“三高”特点。一号线前期大量出现刀盘刀具磨耗严重、换刀频繁、带压换刀失效、刀盘结泥饼等现象,严重制约了盾构的掘进效率。在回顾成都地铁一号线一期工程前期盾构选型和施工的若干问题的基础上,提出并总结了富水砂卵石地层盾构选型和配置的一些具体对策,包括:树立“排出为主,破碎为辅”的地层处治理念,调整刀盘和螺旋出土器的结构型式、刀盘开口率、刀具布置型式,改进同步注浆浆液配比,优化泡沫系统和搅拌系统,改进碴土改良系统等。成都地铁一号线一期工程中后期以及二号线一期工程的施工实践表明:以上调整是有效的,盾构换刀距离和盾构施工平均月进度都获得了显著提高。     

泥岩-砂卵石复合地层双模盾构适应性设计

为解决盾构机在土体性质差异巨大的复合地层条件下掘进效率低下的问题,以新建成都至蒲江铁路紫瑞隧道工程为例,探讨了在泥岩-砂卵石条件下盾构机的选型与适应性设计。首先针对地层特点,总结出掘进过程中可能遇到的沉降控制、卵石滞排、刀盘结泥饼等问题;然后结合盾构不同支护模式的特点,认为双模盾构可以满足安全高效掘进的要求,并对不同区段下掘进模式的选择做出了划分;同时对双模盾构机的整体设计进行了介绍,并结合复合地层的特点,对盾构刀具设置、“采石箱+辊齿破碎”设计、“气垫直排式”设计、防结泥饼措施等针对性措施进行了着重介绍。     

基于复合地层的盾构刀具磨损优化研究

伴随城市地铁的快速建设，隧道盾构技术的应用日益广泛。刀具作为隧道掘进的执行部件，其使用寿命对掘进效率具有直接影响。本文结合某地铁施工，综合复合地层的地层分布及地层条件，确定硬质地层对掘进面物理特性的影响。基于不同的单一地层条件下刀盘的合理转速，提出了复合地层隧道施工中刀盘转速的确定方法。通过对掘进机工作中刀盘扭矩变化情况的监测，提前调节刀盘转速。该方法可有效降低盾构在复合地层施工过程中的刀盘磨损速度，延长刀盘使用寿命，提高施工效率。     

土压平衡盾构机气压进舱技术的应用

土压平衡盾构机在复杂地层中掘进时可能会遇到刀盘注入口堵塞受损、刀具磨损、结泥饼和遇孤石等情况,需要实施人员气压进舱解决此类问题。结合福州市地铁1号线07标达道站—上藤站—三叉街站区间盾构工程案例,在不同地层工况下多次实现了人员气压进舱作业,以期为类似工程提供参考。